JP2012152283A - Biological signal detection apparatus and bed-departure prediction detecting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒトの睡眠姿勢における生体信号を検出する生体信号検出装置及びこの生体信号検出装置から検出される生体信号に基づいて離床の予兆を検出する離床予兆検出システムに関する。 The present invention relates to a biological signal detection apparatus that detects a biological signal in a human sleeping posture and a bed leaving sign detection system that detects a sign of bed leaving based on the biological signal detected from the biological signal detection apparatus.
従来より、ベッド、布団等の寝床に配置して、例えばヒトの呼吸、脈波、体動、イビキ等の生体信号を検出する生体信号検出装置が知られている。このような生体信号検出装置においては、検出した生体信号を、例えばヒトの離床等の検出に用いる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a biological signal detection device that is disposed on a bed such as a bed or a futon and detects biological signals such as human respiration, pulse waves, body movements, and snoring. In such a biological signal detection apparatus, the detected biological signal is used for detecting, for example, a person's bed.
このような生体信号検出装置においては、生体信号の検出に、例えば(i)圧力センサー、(ii)圧電センサー等のセンサーが用いられる。 In such a biological signal detection device, for example, a sensor such as (i) a pressure sensor or (ii) a piezoelectric sensor is used to detect a biological signal.
(i)圧力センサーを用いた生体信号検出装置(圧力センサー式)の場合
圧力センサー式による生体信号の検出は、周辺の圧力から隔離されたような空間内の圧力の変化を検出することにより行われる。この空間を形成するために、例えば内部に空気を充填したエアマットが用いられる。
(I) In the case of a biological signal detection device (pressure sensor type) using a pressure sensor The detection of a biological signal by the pressure sensor type is performed by detecting a change in pressure in a space that is isolated from the surrounding pressure. Is called. In order to form this space, for example, an air mat filled with air is used.
このエアマットは、周辺の圧力から隔離し、遮蔽空間を作る膜として機能する。またエアマットは、人体の振動波や直接振動等を、内部の空間に伝達できるように、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、高分子化合物シリコーン等の可塑性のある樹脂材により形成される。なおエアマットは、ベッドや布団等の寝床(以下、ベッドという。)に配置する場合には、ヒトがベッド上のどの位置に移動しても生体信号を検知することができるように、上半身付近に横断的に配置される。 This air mat functions as a film that isolates the surrounding pressure and creates a shielded space. The air mat is formed of a plastic resin material such as polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, and high molecular compound silicone so that vibration waves of the human body, direct vibration, and the like can be transmitted to the internal space. When the air mat is placed on a bed such as a bed or futon (hereinafter referred to as a bed), it should be placed near the upper body so that a biosignal can be detected no matter where the person moves on the bed. Placed transversely.
図9(a)は、従来の圧力センサーを用いた生体信号検出装置の1例を示す図である。この圧力センサーは、エアマット内に配置される。また図9(b)は、従来の圧力センサーを用いた生体信号検出装置の他の例を示す図である。このように圧力センサーは、エアマットから引き出されたビニルチューブ等のエアチューブを介してエアマット外に配置される場合もある。 FIG. 9A is a diagram illustrating an example of a biological signal detection apparatus using a conventional pressure sensor. The pressure sensor is disposed in the air mat. FIG. 9B is a diagram showing another example of a biological signal detection device using a conventional pressure sensor. As described above, the pressure sensor may be disposed outside the air mat via an air tube such as a vinyl tube drawn out from the air mat.
図10(a)は、圧力センサーの内部回路の1例を示す図である。この内部回路において、圧力を直接捉えるのがエレクトレットフィルムである。このエレクトレットフィルムは、圧力の変化を電荷の変化として変換し、容量C1の微小変化を両端電圧に変換する。この容量C1の両端電圧の変化は、抵抗R1を介して放電され、時定数C1×R1の電圧変化量となる。この容量C1の両端電圧の変化量が電圧信号として出力される。この電圧信号は、接合型FET(Field effect transistor)であるQ1のゲート電圧となって、ソース接地増幅回路により、電圧変化量がドレイン電流変化量に変換される。なお本内部回路において、ダイオードD1は、接合型FETであるQ1のゲート電圧が下がり過ぎるのを防止するために設けられている。 FIG. 10A is a diagram illustrating an example of an internal circuit of the pressure sensor. In this internal circuit, the electret film directly captures the pressure. This electret film converts a change in pressure as a change in charge, and converts a minute change in the capacitance C1 into a voltage across the both ends. This change in the voltage across the capacitor C1 is discharged through the resistor R1, resulting in a voltage change amount of time constant C1 × R1. The amount of change in the voltage across the capacitor C1 is output as a voltage signal. This voltage signal becomes the gate voltage of Q1 which is a junction type FET (Field effect transistor), and the voltage change amount is converted into the drain current change amount by the common source amplifier circuit. In this internal circuit, the diode D1 is provided to prevent the gate voltage of the junction FET Q1 from dropping too much.
この圧力センサーでは、出力される電圧(Vout)を、次式(1)に基づく次式(2)により表すことができる。なおIDは、ドレイン電流であり、IDSSは、ドレイン飽和出力電流であり、Vpは、ゲートピンチオフ電圧であり、VGは、ゲートに印加される電圧であり、Voutは、圧力センサーから出力される電圧であり、VDDは、電源電圧であり、R2は抵抗R2の抵抗値である。 In this pressure sensor, the output voltage (V out ) can be expressed by the following equation (2) based on the following equation (1). Incidentally I D is a drain current, I DSS is the drain saturation output current, V p is the gate pinch-off voltage, V G is the voltage applied to the gate, V out, the pressure sensor , V DD is the power supply voltage, and R2 is the resistance value of the resistor R2.
図10(b)は、圧力センサーの構造の1例を示す概念図である。この圧力センサーは、一端に圧力穴が形成され、他端は過大圧力を開放する機構を有する管とし構成される。また圧力センサーの内部には、圧力穴側に、フロントワッシャーと、エレクトレットフィルムと、ギャップワッシャと、エレクトロードと、が配置され、残りの空間には、バックチャンバーが形成される。 FIG. 10B is a conceptual diagram showing an example of the structure of the pressure sensor. This pressure sensor is configured as a pipe having a pressure hole formed at one end and a mechanism that releases excessive pressure at the other end. In the pressure sensor, a front washer, an electret film, a gap washer, and an electrode are disposed on the pressure hole side, and a back chamber is formed in the remaining space.
この圧力センサーでは、圧力穴側から入力される圧力が圧力穴を介して、エレクトレットフィルムに加わる。そして圧力センサーでは、基準電極であるエレクトロードとエレクトレットフィルムとの間隙が変化することによりエレクトレットフィルムの容量C1が変化する。さらに圧力センサーでは、この容量C1が変化すると、図10(a)に示すように、抵抗R1を介して、接合型FETのQ1のゲート電圧となる。 In this pressure sensor, the pressure input from the pressure hole side is applied to the electret film through the pressure hole. And in a pressure sensor, the capacity | capacitance C1 of an electret film changes by the clearance gap between the electrode which is a reference electrode, and an electret film changing. Further, in the pressure sensor, when the capacitance C1 changes, as shown in FIG. 10A, the gate voltage of the junction FET Q1 is set via the resistor R1.
以上を構成要素とする生体信号検出装置においては、ヒトがエアマット上に寝ることによって、脈波、呼吸、イビキ、体動等の複数の生体信号が合成された1つの圧力信号を圧力センサーから検出することができる。生体信号検出装置においては、圧力信号の強弱や有無等の変化から、例えば着床・離床等の姿勢の状態、さらに生体信号を分析することにより、睡眠の有無、眠りが浅い・深い等の睡眠状態を検知する。 In the biological signal detection apparatus having the above components, one pressure signal in which a plurality of biological signals such as pulse waves, breathing, snoring, and body movements are synthesized is detected from the pressure sensor when a human sleeps on the air mat. can do. In the biological signal detection device, the presence / absence of sleep, sleep / shallowness / deep sleep, etc. are analyzed by analyzing the state of posture such as landing / leaving, etc. Detect state.
(ii)圧電センサーを用いた生体信号検出装置(圧電センサー式)の場合
圧電センサーによる生体信号の検出は、物体の応力がセンサーに与えるひずみを検出することにより行われる。
(Ii) In the case of a biological signal detection apparatus (piezoelectric sensor type) using a piezoelectric sensor The detection of a biological signal by a piezoelectric sensor is performed by detecting strain applied to the sensor by the stress of an object.
図11は、従来の圧電センサーを用いた生体信号検出装置の1例を示す図である。この生体信号検出装置においては、生体信号の検出部を、上面パネル、下面パネル及び両パネルに挟まれた圧電センサーにより構成する。なお両パネル及び圧電センサーは、上述した圧力センサーと同様に、ヒトがベッド上のどの位置に移動しても生体信号を検知できるように、上半身付近に横断的に配置される。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a biological signal detection apparatus using a conventional piezoelectric sensor. In this biological signal detection device, the biological signal detection unit is constituted by an upper panel, a lower panel, and a piezoelectric sensor sandwiched between both panels. Both panels and the piezoelectric sensor are arranged transversely in the vicinity of the upper body so that a biological signal can be detected no matter where the person moves on the bed, like the pressure sensor described above.
図12(a)は、圧電センサーの構成の1例を示す外観図であり、図12(b)は、圧電センサーの内部回路の1例を示す図である。この圧電センサーは、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミックを素材とする。このような素材は、機械⇔電気の可逆性がある素子であるが、圧電センサーとして用いる場合には、機械的応力を電気信号として検出するように構成される。 FIG. 12A is an external view illustrating an example of the configuration of the piezoelectric sensor, and FIG. 12B is a diagram illustrating an example of an internal circuit of the piezoelectric sensor. This piezoelectric sensor is made of a ceramic such as barium titanate or lead zirconate titanate. Such a material is an element having mechanical reversibility, but when used as a piezoelectric sensor, it is configured to detect mechanical stress as an electrical signal.
圧電効果は、一般的には、次式(3)及び次式(4)として表されるが、圧電センサーとして機能させる場合には、次式(4)を用いる。なおSは、ひずみであり、sは、弾性コンプライアンス定数であり、Tは、応力であり、dは、圧電定数であり、Eは、電界であり、Dは電束密度であり、εは比誘電率である。 The piezoelectric effect is generally expressed as the following formula (3) and the following formula (4), but when functioning as a piezoelectric sensor, the following formula (4) is used. S is strain, s is elastic compliance constant, T is stress, d is piezoelectric constant, E is electric field, D is electric flux density, and ε is ratio Dielectric constant.
このような圧電センサーは、上面パネル上にヒトが横たわることでパネルに生じる応力によりひずみが与えられ、このひずみにより脈波、呼吸、体動、イビキ等の複数の生体信号が合成された1つの応力として検出することができる。生体信号検出装置では、この応力の強弱や有無等の変化から、例えば着床・離床等の姿勢の状態、さらに生体信号を分析することにより、睡眠の有無、眠りが浅い・深い等の睡眠状態を検知する。この機械的応力は図12(b)の等価的回路にVoutとして出力される。 Such a piezoelectric sensor is distorted by the stress generated on the panel when a person lies on the top panel, and this strain synthesizes a plurality of biological signals such as pulse wave, respiration, body motion, and squealing. It can be detected as stress. In the biological signal detection device, the state of posture such as landing or getting out of the body, for example, the state of posture such as landing or getting out of the body, and further analyzing the biological signal, the sleep state such as whether there is sleep or light sleep Is detected. This mechanical stress is output as Vout to the equivalent circuit of FIG.
また特開2008−284001号公報には、設置性と収納性のよい圧電センサーを用いた生体信号検出装置が提案されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-284001 proposes a biological signal detection apparatus using a piezoelectric sensor with good installation and storage.
上述したような従来の圧力センサー式及び圧電センサー式の生体信号検出装置においては、ベッド上において上半身付近に横断的に配置されるために、検出される生体信号から着床や離床を検出することはできるが、ヒトの睡眠姿勢やベッドでの睡眠位置を検出することはできない。この結果、従来の生体信号検出装置を利用する場合には、安静な姿勢で睡眠している条件でのみ生体信号の検出が可能である。 In the conventional pressure sensor type and piezoelectric sensor type biosignal detection devices as described above, since they are arranged transversely in the vicinity of the upper body on the bed, it is possible to detect landing or getting out of the detected biosignal. Although it is possible, it is impossible to detect a human sleeping posture or a sleeping position in a bed. As a result, when the conventional biological signal detection device is used, it is possible to detect the biological signal only under the condition of sleeping in a resting posture.
図13は、従来の生体信号検出装置において検出される生体信号(呼吸信号・脈波信号・体動信号)の1例を示す図である。従来の生体信号検出装置では、体動信号の変化により離床があったことを検出する。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a biological signal (a respiratory signal, a pulse wave signal, and a body motion signal) detected by a conventional biological signal detection device. In the conventional biological signal detection device, it is detected that there is a bed leaving due to a change in the body motion signal.
ここで実際の睡眠姿勢は、安静な睡眠姿勢で睡眠している以外にもあり、睡眠姿勢は大きく3種類に分類される。まずヒトがベッド正面から見て左側(壁側)に位置している睡眠姿勢(図14(a)参照)、次にベッド正面から見てヒトが右側(床側)に位置している睡眠姿勢(図14(b)参照)、最後にベッド正面から見てヒトが中央に位置している睡眠姿勢(図14(c)参照)である。これらの3種類の睡眠姿勢は、各睡眠姿勢から離床する場合のヒトの動き(離床行動)が大きく異なる。 Here, the actual sleeping posture is other than sleeping in a resting sleeping posture, and the sleeping posture is roughly classified into three types. First, the sleeping posture in which the human is positioned on the left side (wall side) when viewed from the front of the bed (see FIG. 14A), and then the sleeping posture in which the human is positioned on the right side (floor side) when viewed from the front of the bed (See FIG. 14 (b)). Finally, the sleep posture (see FIG. 14 (c)) in which the human is located in the center when viewed from the front of the bed. These three types of sleeping postures are greatly different in human movements (leaving behavior) when getting out of bed from each sleeping posture.
しかし、図13における生体信号の波形の変化からは、睡眠姿勢を識別することができない。すなわち、従来の生体信号検出装置においては、睡眠姿勢の変化は、体動信号の変化として捉えることができるが、図14(a)〜図14(c)に示す睡眠姿勢のいずれかの睡眠姿勢であるかについては、検出することができない。なお、図14は、従来技術によるベッド上のヒトの睡眠姿勢を示す図である。 However, the sleep posture cannot be identified from the change in the waveform of the biological signal in FIG. That is, in the conventional biological signal detection device, a change in sleep posture can be grasped as a change in body motion signal, but one of the sleep postures shown in FIGS. 14 (a) to 14 (c). Cannot be detected. In addition, FIG. 14 is a figure which shows the human sleeping posture on the bed by a prior art.
このため介護等において、必須となる被介護者の離床の予兆を検知することに従来の生体信号検出装置を利用する場合には、例えば図14(b)に示すような睡眠姿勢のときに検出される生体信号と、図14(a)及び図14(c)に示すような睡眠姿勢のときに検出される生体信号の識別がつかないために、離床予兆の誤検出をしてしまう可能性を排除することができない。 For this reason, in the case of using a conventional biological signal detection device to detect a sign of getting out of the care recipient, which is indispensable in nursing care or the like, for example, when a sleeping posture as shown in FIG. 14 and the biological signal detected in the sleeping posture as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (c) cannot be identified, and thus the detection of getting out of bed may be erroneously detected. Can not be excluded.
このように従来の生体信号検出装置においては、離床の有無を識別できるだけであり、睡眠姿勢により異なる離床行動を検出することができないために、離床の予兆の検出精度を高めることには限界がある。 As described above, in the conventional biological signal detection device, it is only possible to identify the presence or absence of a bed, and it is not possible to detect different bed movement behaviors depending on the sleeping posture, so there is a limit to increasing the detection accuracy of a bed leaving sign. .
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、睡眠姿勢の違いによる生体信号を検出することができる生体信号検出装置を提供することを目的とする。
また別の本発明は、検出された睡眠姿勢の変化を検出することにより、精度の高い離床予兆を検出することができる離床予兆検出システムを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、以下の技術的事項から構成される。
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide a biological signal detection device capable of detecting a biological signal due to a difference in sleeping posture.
Another object of the present invention is to provide a bed leaving sign detection system that can detect a bed leaving sign with high accuracy by detecting a change in the detected sleep posture.
That is, this invention is comprised from the following technical matters.
(1)寝床面上を横切る方向に、複数配置される感圧センサーと、
前記感圧センサー毎に設けられ、対応している感圧センサーの出力信号を処理して、少なくとも、呼吸信号、脈波信号及び体動信号を示す生体信号をそれぞれ生成するフィルタ部と、
を備えることを特徴とする生体信号検出装置。
(1) a plurality of pressure sensitive sensors arranged in a direction crossing the bed surface;
A filter unit that is provided for each of the pressure sensors, processes output signals of the corresponding pressure sensors, and generates at least biological signals indicating respiratory signals, pulse wave signals, and body motion signals;
A biological signal detection apparatus comprising:
(1)によれば、複数配置される感圧センサー毎に、生体信号を生成することができるために、例えばベッド上のヒトの睡眠姿勢を検出することができる。 According to (1), since a biological signal can be generated for each of a plurality of pressure-sensitive sensors arranged, for example, a human sleeping posture on a bed can be detected.
(2)(1)において、前記感圧センサーは、圧力センサー又は圧電センサーであることを特徴とする。 (2) In (1), the pressure sensor is a pressure sensor or a piezoelectric sensor.
(2)によれば、感圧センサーが圧力センサー又は圧電センサーであるために、例えばベッド等の上に設置して、センサーから出力される1の信号から複数の生体信号を取得することができる。 According to (2), since the pressure-sensitive sensor is a pressure sensor or a piezoelectric sensor, it can be installed on a bed or the like, for example, and a plurality of biological signals can be acquired from one signal output from the sensor. .
(3)(1)又は(2)において、前記感圧センサーは、
前記寝床面上に対称的に2つ配置され、
前記寝床面の離床位置に対応して一方を離床側とし、他方を非離床側として定義され、
前記離床位置に変更があった場合には、配置を逆にして対応することを特徴とする。
(3) In (1) or (2), the pressure-sensitive sensor is
Two symmetrically arranged on the bed surface,
Corresponding to the bed leaving position of the bed surface, one is defined as the bed leaving side, and the other is defined as the non-bed leaving side,
When there is a change in the bed leaving position, the arrangement is reversed to cope with it.
(3)によれば、離床位置が逆になっても、感圧センサーの位置を離床位置に合わせて逆に変更するだけで、例えばソフトウェアの設定の変更等をする必要がなく、装置としての汎用性を高めることができる。 According to (3), even if the bed leaving position is reversed, it is not necessary to change the setting of software, for example, only by changing the position of the pressure-sensitive sensor in accordance with the bed leaving position. Versatility can be improved.
(4)(1)から(3)に記載の前記生体信号検出装置と、
前記フィルタ部で生成された前記感圧センサー毎の生体信号に基づいて、睡眠姿勢を特定する睡眠姿勢特定部と、
前記睡眠姿勢特定部により特定される睡眠姿勢の変化に基づいて、離床の予兆を示す離床予兆信号を検出する離床予兆検出部と、
を備えることを特徴とする離床予兆検出システム。
(4) The biological signal detection device according to (1) to (3),
A sleep posture specifying unit that specifies a sleep posture based on a biological signal for each of the pressure sensors generated by the filter unit;
A bed leaving sign detection unit that detects a bed leaving sign signal indicating a sign of bed leaving based on a change in sleep posture specified by the sleep position specifying unit;
A sign detection system for getting out of bed.
(4)によれば、検出された睡眠姿勢の変化を検出することにより、精度の高い離床予兆を検出することができる。 According to (4), it is possible to detect a bed leaving sign with high accuracy by detecting a change in the detected sleep posture.
本発明によれば、睡眠姿勢の違いによる生体信号を検出することができる。また別の本発明によれば、検出された睡眠姿勢の変化を検出することにより、精度の高い離床予兆を検出することができる。 According to the present invention, a biological signal due to a difference in sleep posture can be detected. According to another aspect of the present invention, it is possible to detect a sign of getting out of bed with high accuracy by detecting a change in the detected sleep posture.
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。
図1は、離床予兆検出システムSの構成を示すブロック図である。
離床予兆検出システムSは、布団やベッド等の寝床(本実施形態においては、ベッドB)上での、ヒトの睡眠姿勢の変化から離床の予兆を検出するシステムである。この離床予兆検出システムSは、図1に示すように、生体信号検出装置1、2と、CPU3とを備える。
このような離床予兆検出システムSにおいては、生体信号検出装置1、2により検出された生体信号に基づいて、CPU3により離床の予兆(離床を行う前の動作)を検出する。本離床予兆検出システムSを介護における被介護者の管理に用いる場合には、離床の予兆の検出結果を、例えば表示部(図示せず)に表示する等の管理者への報知を行って、介護者の離床に対応することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the bed leaving sign detection system S. As shown in FIG.
The bed leaving sign detection system S is a system that detects a sign of bed leaving from a change in the sleeping posture of a person on a bed (bed B in the present embodiment) such as a futon or a bed. As shown in FIG. 1, the bed leaving sign detection system S includes biological
In such a bed leaving sign detection system S, the
生体信号検出装置1は、図1に示すように、右側用信号処理としてヒトの生体信号を検出するセンサーの配置場所を識別可能に構成され、右側用信号処理として、圧力センサー11Rと、センサーインターフェース12Rとを備える。
一方、生体信号検出装置2は、左側用信号処理としてヒトの生体信号を検出するセンサーの配置場所を識別可能に構成され、圧力センサー11Lと、センサーインターフェース12Lを備える。
As shown in FIG. 1, the biological
On the other hand, the biological
圧力センサー11は、圧力の変化を圧力信号として出力する。本実施形態においては、圧力センサー11は、ベッドB上において対称的に配置され、右側に配置される圧力センサー11Rと、左側に配置される圧力センサー11Lとが設けられる。圧力センサー11の構成の詳細については、後述する。
The pressure sensor 11 outputs a change in pressure as a pressure signal. In the present embodiment, the pressure sensor 11 is disposed symmetrically on the bed B, and is provided with a
センサーインターフェース12(フィルタ部)は、圧力センサー11から出力される圧力信号を各生体信号として検出するために信号処理を行い、この信号処理の結果をCPU3に出力する。本実施形態においては、センサーインターフェース12は、圧力センサー11Rに対応するセンサーインターフェース12Rと、圧力センサー11Lに対応するセンサーインターフェース12Lとが設けられる。
The sensor interface 12 (filter unit) performs signal processing to detect the pressure signal output from the pressure sensor 11 as each biological signal, and outputs the result of this signal processing to the
このセンサーインターフェース12R(センサーインターフェース12L)は、右側用信号処理(左側用信号処理)の場合には、脈波信号を出力するように信号処理1(信号処理4)を行い、呼吸信号を出力するように信号処理2(信号処理5)を行い、体動信号を出力するように信号処理3(信号処理6)を行う。なお生体信号検出装置1、2における信号処理の詳細については、後に詳述する。
In the case of right-side signal processing (left-side signal processing), the
図2(a)は、本発明に係る生体信号検出装置1、2のエアマットM及び圧力センサー11をベッドBに配置した状態を示す図である。
FIG. 2A is a diagram showing a state in which the air mat M and the pressure sensor 11 of the biological
エアマットMは、周辺の圧力から隔離する遮蔽空間を作る膜として機能する。このようなエアマットMは、人体の振動波や直接振動等を、内部の空間で伝達できるように、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、高分子化合物シリコーン等の可塑性のある樹脂材により形成される。なお本実施形態においては、エアマットMは、圧力センサー11Rに対応するエアマットM(Right)と圧力センサー11Lに対応するエアマットM(Left)が設けられる。
The air mat M functions as a film that creates a shielding space that is isolated from the surrounding pressure. Such an air mat M is formed of a plastic resin material such as polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, and high molecular compound silicone so that vibration waves of the human body, direct vibration, and the like can be transmitted in the internal space. . In the present embodiment, the air mat M is provided with an air mat M (Right) corresponding to the
ここで圧力センサー11は、エアマットM内に配置される。したがって、圧力センサー11は、周辺圧力から隔離されたような密閉された空間であるエアマットM内の空気の圧力の変化を圧力信号として出力する。例えば圧力センサー11は、上述した従来の圧力センサー11の構成をとることができる。 Here, the pressure sensor 11 is disposed in the air mat M. Therefore, the pressure sensor 11 outputs a change in the pressure of air in the air mat M, which is a sealed space isolated from the ambient pressure, as a pressure signal. For example, the pressure sensor 11 can take the configuration of the conventional pressure sensor 11 described above.
これらのエアマットM及び圧力センサー11は、図2(a)に示すように、ベッドB上の上半身付近においてベッドBを横切るように2組間隔を空けて配置される。 As shown in FIG. 2A, the air mat M and the pressure sensor 11 are arranged with two sets spaced apart so as to cross the bed B in the vicinity of the upper body on the bed B.
図3(a)は、左側が壁側であり、右側が床側となる場所に設置されるベッドBにエアマットM及び圧力センサー11を配置した状態を示す図である。このようにエアマットM及び圧力センサー11は、本実施形態においては、左が壁側であり、右が床側となるような場所に設置されるベッドBに配置される。なお、本離床予兆検出システムSは、右が壁側であり、左が床側となる場合でも使用することができる。右が壁側であり、左が床側の状況での使用については、後に詳述する。 FIG. 3A is a diagram showing a state in which the air mat M and the pressure sensor 11 are arranged on the bed B installed in a place where the left side is the wall side and the right side is the floor side. As described above, in the present embodiment, the air mat M and the pressure sensor 11 are arranged on the bed B installed in a place where the left side is the wall side and the right side is the floor side. The present bed leaving sign detection system S can be used even when the right side is the wall side and the left side is the floor side. The use in the situation where the right side is the wall side and the left side is the floor side will be described in detail later.
このような場所に設置されるベッドBにおいては、ベッドBの壁側(非離床側)は、ベッドBから落ちる可能性のない側となり、離床のために向かない方向となる。一方、ベッドBの床側(離床側)は、ベッドBから落ちる可能性のある側となり、離床のために向く方向となる。これらの方向におけるヒトの動きを特定することは、特に被介護者の行動把握にとって重要であり、転落や離床を予め知ることは、重要である。
生体信号検出装置1、2では、上述したように、圧力センサー11R、11Lの識別が可能な構成になっている。すなわち、本実施形態においては、圧力センサー11が右側(壁側)に配置されているか、左側(床側)に配置されているかが識別可能となる。したがって、上述したように壁側と床側において離床に関する特性が異なる場合には、より高い精度で離床を検出することができる。
In the bed B installed in such a place, the wall side (non-bed-off side) of the bed B is a side that is not likely to fall from the bed B, and is a direction that is not suitable for getting out of the bed. On the other hand, the floor side (the floor leaving side) of the bed B is the side that may fall from the bed B, and is the direction facing the floor. Specifying human movement in these directions is particularly important for grasping the behavior of the cared person, and it is important to know falling or getting out of bed in advance.
As described above, the
ここで離床予兆システムSにおける信号処理の詳細について説明する。図4は、生体信号検出装置1、2におけるフィルタシステム図である。なお以下においては、図1対応して右側信号処理について説明する。左側信号処理については右側信号処理と同様であるため説明を省略する。
Here, details of signal processing in the bed leaving sign system S will be described. FIG. 4 is a filter system diagram in the biological
まず離床予兆システムSにおいては、例えばヒトが右側のエアマットM(生体信号検出装置1)に着床した場合には、右側の圧力センサー11R(図4ではSensor1R)から出力される圧力信号が複数の生体信号が合成(重合)された形で、1の信号として出力される。
First, in the bed leaving sign system S, for example, when a human lands on the right air mat M (biological signal detection device 1), a plurality of pressure signals output from the
そして第1のセンサーインターフェース12R用増幅器AMP1Rは、入力された1の圧力信号を、抽出する各生体信号(脈波信号、呼吸信号及び体動信号)に対応したフィルタへ分波する(振り分ける)。具体的には、圧力信号は、脈波信号を抽出するためにフィルタFilter1Rによって分波される。また圧力信号は、呼吸信号を抽出するためにフィルタFilter2Rによって分波される。また圧力信号は、体動信号を抽出するためにフィルタFilter3Rによって分波される。なお脈波信号の抽出に関しては、フィルタFilter1Rの後に検波器1Rにより検波処理を行う。各フィルタFilter1R、2R、3Rでは、分波された圧力信号が出力される生体信号に対応した周波数帯の信号が抽出されるように帯域制限される。
The first amplifier AMP1R for the
その後第2のセンサーインターフェース12R用増幅器AMP2Rは、抽出された信号を増幅して、脈波信号(R)をSignal1Rとして出力する。なお脈波信号に関しては、第2のセンサーインターフェース12R用増幅器AMP2Rによる増幅後にローパスフィルタLPF1Rを介して出力される。
また第3のセンサーインターフェース12R用増幅器AMP3Rは、抽出された信号を増幅して、呼吸信号(R)をSignal2Rとして出力する。
また第4のセンサーインターフェース12R用増幅器AMP4Rは、抽出された信号を増幅して、体動信号(R)をSignal3Rとして出力する。
Thereafter, the second
The
The
次に睡眠姿勢と、生体信号との関係について説明する。図5は、本発明によるベッドB上のヒトの睡眠姿勢を示す図であり、(a)はベッドBの正面から見て左側(壁側)に位置している睡眠姿勢を示す図であり、(b)はベッドBの正面から見て右側(床側)に位置している睡眠姿勢を示す図であり、(c)はベッドBの中央に位置している睡眠姿勢を示す図である。また図6は、各睡眠姿勢での、生体信号の波形の変化を示す図であり、(a)は図5(a)の睡眠姿勢での、生体信号の波形の変化を示す図であり、(b)は図5(b)の睡眠姿勢での、生体信号の波形の変化を示す図であり、(c)は図5(c)の睡眠姿勢での、生体信号の波形の変化を示す図である。 Next, the relationship between the sleep posture and the biological signal will be described. FIG. 5 is a diagram showing a human sleeping posture on the bed B according to the present invention, (a) is a diagram showing a sleeping posture positioned on the left side (wall side) when viewed from the front of the bed B, (B) is a figure which shows the sleep posture located in the right side (floor side) seeing from the front of the bed B, (c) is a figure which shows the sleep posture located in the center of the bed B. Moreover, FIG. 6 is a figure which shows the change of the waveform of a biological signal in each sleep posture, (a) is a figure which shows the change of the waveform of a biological signal in the sleep posture of FIG. 5 (a), (B) is a figure which shows the change of the waveform of a biological signal in the sleep posture of FIG.5 (b), (c) shows the change of the waveform of a biological signal in the sleep posture of FIG.5 (c). FIG.
例えばヒトが右側のエアマットM(生体信号検出装置1)上に寝ている睡眠姿勢、すなわち、図5(b)に示すような睡眠姿勢の場合の各生体信号の波形について説明する。図5(b)に示す睡眠姿勢の場合には、図6(b)に示すように、ヒトが右側(Right)のエアマットM(Right)上に寝ており、右側の圧力センサー11Rに圧力がかかっているため、左側(Left)では、呼吸信号及び脈波信号のほとんど波形の変化は見られず、体動信号にいたっては検出されない。一方、右側(Right)では、各信号の波形が高くなっている。
For example, a sleep posture in which a human is sleeping on the right air mat M (biological signal detection device 1), that is, a waveform of each biological signal in a sleep posture as shown in FIG. 5B will be described. In the sleep posture shown in FIG. 5 (b), as shown in FIG. 6 (b), a human is sleeping on the right air mat M (Right), and pressure is applied to the
また図5(b)に示す睡眠姿勢から離床行動が行われた場合の各信号の波形の変化について説明する。図7は、離床動作及び寝返り動作の波形を示す図であり、(a)は図5(b)に示す睡眠姿勢から離床した場合の各信号の波形を示す図であり、(b)は図5(a)に示す睡眠姿勢から図5(b)の状態に寝返りを行った場合の各信号の波形を示す図である。 Moreover, the change of the waveform of each signal when a bed leaving action is performed from the sleep posture illustrated in FIG. 7A and 7B are diagrams illustrating waveforms of the bed leaving operation and the turning operation. FIG. 7A is a diagram illustrating waveforms of signals when the user leaves the sleeping posture illustrated in FIG. 5B, and FIG. It is a figure which shows the waveform of each signal at the time of turning over from the sleep posture shown to 5 (a) to the state of FIG.5 (b).
まず図5(b)に示す睡眠姿勢から離床が行われた場合には、図7(a)に示すように、ヒトが右側(Right)のエアマットM(Right)上に寝ており、右側の圧力センサー11Rに圧力がかかっているため、左側(Left)では、呼吸信号及び脈波信号の波形の変化はほとんど見られず、体動信号にいたっては検出されていない。一方、右側(Right)では、各信号の波形が高くなっている。
First, when leaving the sleeping posture shown in FIG. 5 (b), as shown in FIG. 7 (a), the person is sleeping on the right air mat M (Right), Since pressure is applied to the
この睡眠姿勢から離床が行われる場合には、右側(Right)の体動信号において、離床を予兆する離床予兆信号となる加圧信号(正方向電圧)が検出され、その後、減圧信号である離床信号(負方向電圧)が検出される。この時、他の生体信号(脈波信号及び呼吸信号)は、離床によって、ヒトの体とエアマットMとの接触が行われなくなるために、検出されなくなる。つまり、図7(a)に見られる、右側の一連の信号変化に係る信号を離床予兆信号として検出することができる。特に、左側に壁がある本実施形態においては、より高い精度で離床の予兆を検出することができる。 When leaving from this sleep posture, a pressurization signal (positive voltage) serving as a sign of getting out of bed is detected in the right side (Right) body motion signal. A signal (negative direction voltage) is detected. At this time, other biological signals (pulse wave signal and respiratory signal) are not detected because the contact between the human body and the air mat M is not performed due to getting out of bed. That is, it is possible to detect a signal related to a series of signal changes on the right side as shown in FIG. In particular, in the present embodiment having a wall on the left side, a sign of getting out of bed can be detected with higher accuracy.
次に、図5(a)に示す睡眠姿勢から図5(b)に示す睡眠姿勢に寝返りを行った場合の各信号の波形の変化について、図7(b)を用いて説明する。図7(b)は、図5(a)の睡眠姿勢から寝返りを行った場合の各信号の波形を示す図である。 Next, the change in the waveform of each signal when turning over from the sleep posture shown in FIG. 5A to the sleep posture shown in FIG. 5B will be described with reference to FIG. FIG.7 (b) is a figure which shows the waveform of each signal at the time of turning over from the sleep posture of Fig.5 (a).
図7(b)に示すように、ヒトが左側(Left)のエアマットM(Left)上に寝ており、左側の圧力センサー11Lに圧力がかかっているため、右側(Right)では、呼吸信号及び脈波信号の波形の変化はほとんど見られず、体動信号にいたっては検出されていない。一方、左側(Left)では、各信号の波形が高くなっている。このような状態から、体動信号においては、左側(Left)後に、右側(Right)で波形に変化が生じることから、壁側:左側(Left)から床側:右側(Right)への寝返りであることが検知できる。
また逆に右側(Right)で各信号の波形が高くなっている状態から、右側(Right)で波形の変化が生じた場合には、さらなる床側への移動、つまり離床する場合があるために、この信号の変化を離床予兆信号として捉えることができる。
As shown in FIG. 7 (b), since the person is lying on the left air mat M (Left) and the
Conversely, when the waveform changes on the right side (Right) from the state in which the waveform of each signal is high on the right side (Right), there is a case where the signal moves further to the floor side, that is, leaves the floor. The change in this signal can be regarded as a sign of getting out of bed.
以上、離床予兆システムSは、図3(a)に示すように、ベッドBの正面から見て壁が左側にあり、床が右側にある場合について説明した。しかし、実際のベッドBが配置される状況は、図3(b)に示すように、壁とベッドBの相対位置方向が逆向き、すなわち、ベッドBの正面から見て壁が右側にあり、床が左側にある場合も存在する。この場合には、離床予兆システムSは、生体信号検出装置1、2の位置を逆にする、すなわち、図3(a)に示すように右側で使用されているエアマットM(Right)及び圧力センサー11Rと、左側で使用されているエアマットM(Left)及び圧力センサー11Lとを、図3(b)に示すように逆(右側にエアマットM(Left)及び圧力センサー11L、左側にエアマットM(Right)及び圧力センサー11R)にして使用するように位置を変更する。生体信号検出装置1、2は、上述した2つの場合について利用可能に構成するために、信号処理をハードウェアで対処するのは、モード設定等の煩雑な作業を伴う上に、それによる設定ミスも懸念される。そこで、本発明に係る生体信号検出装置においては、2組のエアマットM及び圧力センサー11R、11Lの組み合わせを、壁側と床側という定義に改め、ベッドBと壁(床)との配置方向によってエアマットM及び圧力センサー11の配置方向を変更できる構成としている。具体的には、エアマットMを横方向に反転しても利用できる構成としている。
As described above, the bed leaving sign system S has been described with reference to the case where the wall is on the left side and the floor is on the right side as viewed from the front of the bed B as shown in FIG. However, the situation where the actual bed B is arranged is that the relative position direction of the wall and the bed B is opposite, that is, the wall is on the right side when viewed from the front of the bed B, as shown in FIG. There are also cases where the floor is on the left. In this case, the bed leaving sign system S reverses the positions of the biological
以下、他のエアマットM及び圧力センサー11の配置例について説明する。
上述した本発明に係る生体信号検出装置では、ベッドBを横切るように2組(偶数)の独立したエアマットM及び圧力センサー11を並べて設けるように構成したが、エアマットM及び圧力センサー11の組を複数設けてもよい。
本発明に係る生体信号検出装置では、例えば図8(a)に示すように、エアマットM及び圧力センサー11を、ベッドBを横切るように2組並べたものをベッドBの長手方向に4組設けるように構成した場合には、壁側上、床側上、壁側下及び床側下の4つの睡眠姿勢を識別することが可能となり、離床の検出の精度を向上させることができる。
Hereinafter, other arrangement examples of the air mat M and the pressure sensor 11 will be described.
In the above-described biological signal detection apparatus according to the present invention, two sets (even numbers) of independent air mats M and pressure sensors 11 are arranged side by side so as to cross the bed B. A plurality of them may be provided.
In the biological signal detection apparatus according to the present invention, for example, as shown in FIG. 8A, four sets of air mats M and pressure sensors 11 arranged side by side across the bed B are provided in the longitudinal direction of the bed B. When configured in this manner, it becomes possible to identify four sleep postures on the wall side, on the floor side, on the wall side, and on the floor side, thereby improving the accuracy of detection of getting out of bed.
また本発明に係る生体信号検出装置では、ベッドBの幅が広い場合には、図8(b)に示すように、ベッドBを横切るように3組(奇数)のエアマットM及び圧力センサー11R、11C、11Lでも同等の効果を得ることができる。このように構成した場合には、壁側、ベッドB中央及び床側の3つの睡眠姿勢を識別することが可能であり、離床の検出の精度を向上させることができる。
Further, in the biological signal detection apparatus according to the present invention, when the bed B is wide, as shown in FIG. 8B, three sets (odd number) of air mats M and
このように構成される生体信号検出装置1、2は、圧力センサー11R、11Lと、センサーインターフェース12R、12Lと、を備える。
圧力センサー11R、11Lは、ベッドB上を横切る方向に、複数配置される。
センサーインターフェース12R、12Lは、圧力センサー11R、11L毎に設けられ、対応している圧力センサー11R、11Lの出力信号を処理して、少なくとも、呼吸信号、脈波信号及び体動信号を示す生体信号をそれぞれ生成する。
The biological
A plurality of
The sensor interfaces 12R and 12L are provided for the
したがって生体信号検出装置1、2においては、左右に配置される圧力センサー11R、11L毎に、生体信号を生成することができるために、ベッドB上のヒトの睡眠姿勢を検出することができる。また生体信号検出装置1、2においては、生体信号を取得するセンサーが圧力センサー11R、11Lであるために、ベッド等の上に設置すればよく、また取得される1の信号から周波数帯域を制限することにより、複数の生体信号を取得することができる。
Therefore, since the biological signal can be generated for each of the
また圧力センサー11R、11Lは、ベッドB上に対称的に2つ配置され、ベッドBの離床位置に対応して一方を壁側とし、他方を床側として定義される。
したがってベッドBと壁及び床との配置方向が逆の環境においては、エアマットM及び圧力センサー11R、11Lの位置を変える(反転する)ことにより、信号処理ハードウェア及びソフトウェアを変更する必要がなく、使用することができる。
Two
Therefore, in an environment where the arrangement direction of the bed B and the wall and floor is reversed, it is not necessary to change the signal processing hardware and software by changing (inverting) the positions of the air mat M and the
離床予兆検出システムSは、生体信号検出装置1、2と、CPU3と、を備える。
CPU3は、センサーインターフェース12R、12Lで生成された圧力センサー11R、11L毎の生体信号に基づいて、睡眠姿勢を特定し、特定される睡眠姿勢の変化に基づいて、離床の予兆を示す離床予兆信号を検出する。
The bed leaving sign detection system S includes biological
The
以上のように構成される離床予兆検出システムSにおいては、総じて以下の効果を奏することができる。
介護施設等における被介護者の離床予兆行動は、ベッドB上での上半身起床を起点とする場合と、ベッドB上での横転を起点とする場合とがある。どちらの場合も、その離床の予兆行動が壁側で行われているのか、床側で行われているのかは、ベッドBからの完全離床もしくはベッドBからの転落という危険性を検知する上で大きな差異がある。
しかし離床予兆検出システムSにおいては離床予兆が危険のない壁側の圧力センサー11Lから検出されたのか、逆に危険性の高い床側の圧力センサー11Rから検出されたのかが検出可能であり、離床予兆検出の精度を飛躍的に高めることができる。
In the bed leaving sign detection system S configured as described above, the following effects can be generally obtained.
The sign of getting out of bed of a care recipient in a care facility or the like may be based on a wake-up from the upper body on the bed B or may be a roll-over on the bed B. In either case, whether the sign behavior of leaving the bed is performed on the wall side or on the floor side is to detect the danger of complete leaving the bed B or falling from the bed B. There is a big difference.
However, in the bed leaving sign detection system S, it is possible to detect whether the bed leaving sign is detected from the
なお上述の実施形態では、本発明に好適な実施形態を上述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態に種々の変更を加えた形態等とすることができる。 In the above-described embodiment, the preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention can be in a form in which various modifications are added to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
また上述の実施形態においては、圧力センサー11を、生体信号検出装置1、2のセンサーとして用いる例を説明したがこれに限られず、圧電センサーを生体信号検出装置1、2のセンサーとして用いることができる。この場合、エアマットMをパネルに、圧力センサー11を圧電センサーに、それぞれ読み替えることにより、圧電センサーを本システムに適用することができる。図2(b)は、本発明に係る生体信号検出装置1、2のパネル及び圧電センサーをベッドBに配置した状態を示す図である。パネル及び圧電センサーは、エアマットM及び圧力センサー11の場合と同様に、ベッドB上の上半身付近において、ベッドBを横切る方向に配置される。
In the above-described embodiment, the example in which the pressure sensor 11 is used as the sensor of the biological
また上述の実施形態においては、生体信号を検出するセンサーとして圧力センサー又は圧電センサーをセンサーとして用いたがこれに限られず、種々感圧センサーを採用することができる。 In the above-described embodiment, a pressure sensor or a piezoelectric sensor is used as a sensor for detecting a biological signal. However, the present invention is not limited to this, and various pressure-sensitive sensors can be used.
1、2 生体信号検出装置
3 CPU(睡眠姿勢特定部、離床予兆検出部)
11R、11L 圧力センサー、圧電センサー(感圧センサー)
12R、12L センサーインターフェース(フィルタ部)
B ベッド(寝床面)
S 離床予兆検出システム
1, 2 Biological
11R, 11L Pressure sensor, piezoelectric sensor (pressure sensor)
12R, 12L sensor interface (filter part)
B bed (bed surface)
S bed leaving sign detection system
Claims (4)
前記感圧センサー毎に設けられ、対応している感圧センサーの出力信号を処理して、少なくとも、呼吸信号、脈波信号及び体動信号を示す生体信号をそれぞれ生成するフィルタ部と、
を備えることを特徴とする生体信号検出装置。 A plurality of pressure sensors arranged in a direction crossing the bed surface;
A filter unit that is provided for each of the pressure sensors, processes output signals of the corresponding pressure sensors, and generates at least biological signals indicating respiratory signals, pulse wave signals, and body motion signals;
A biological signal detection apparatus comprising:
前記寝床面上に対称的に2つ配置され、
前記寝床面の離床位置に対応して一方を離床側とし、他方を非離床側として定義され、
前記離床位置に変更があった場合には、配置を逆にして対応することを特徴とする請求項1又は2記載の生体信号検出装置。 The plurality of pressure sensitive sensors are
Two symmetrically arranged on the bed surface,
Corresponding to the bed leaving position of the bed surface, one is defined as the bed leaving side, and the other is defined as the non-bed leaving side,
The biosignal detection device according to claim 1 or 2, wherein when the bed leaving position is changed, the arrangement is reversed.
前記フィルタ部で生成された前記感圧センサー毎の生体信号に基づいて、睡眠姿勢を特定する睡眠姿勢特定部と、
前記睡眠姿勢特定部により特定される睡眠姿勢の変化に基づいて、離床の予兆を示す離床予兆信号を検出する離床予兆検出部と、
を備えることを特徴とする離床予兆検出システム。 The biological signal detection device according to any one of claims 1 to 3,
A sleep posture specifying unit that specifies a sleep posture based on a biological signal for each of the pressure sensors generated by the filter unit;
A bed leaving sign detection unit that detects a bed leaving sign signal indicating a sign of bed leaving based on a change in sleep posture specified by the sleep position specifying unit;
A sign detection system for getting out of bed.
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